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Additive Fertigung

Neue Stahlwerkstoffe für den 3D-Druck

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Im Projekt Add Steel entwickeln Forscher am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT neue, funktionsangepasste Stahlwerkstoffe für die Additive Fertigung. Erste maßgeschneiderte Einsatz- und Vergütungsstahl-Pulver sind nun entwickelt.

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Für neue, maßgeschneiderte Stähle kombinieren die Add-Steel-Projektpartner unter anderem die Elemente Cobalt, Kohlenstoff, Molybdän, Vanadium und Wolfram und variieren entsprechende Legierungsanteile.
Für neue, maßgeschneiderte Stähle kombinieren die Add-Steel-Projektpartner unter anderem die Elemente Cobalt, Kohlenstoff, Molybdän, Vanadium und Wolfram und variieren entsprechende Legierungsanteile.
( Bild: Fraunhofer ILT )

Im Januar 2019 starteten vier Partner das NRW-Leitmarkt-Projekt Add Steel: Der Anlagenhersteller SMS Group GmbH aus Mönchengladbach, die Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel GmbH & Co. KG aus Krefeld, das Fraunhofer-ILT-Spin-off Aconity GmbH und das Fraunhofer ILT aus Aachen entwickeln dabei neue, für das additive Fertigungsverfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF) maßgeschneiderte Stahlwerkstoffe.

Das LPBF-Verfahren kann auf die zunehmenden Kunden-Anforderungen an die Stahlindustrie, wie beispielsweise leichte und zugleich crashfeste Karosserieteile für die Automobilindustrie, reagieren. Denn die deutschen Stahlhersteller müssen sich dem anhaltenden Umsatzrückgang in der Branche stellen. Während bisher vor allem Fertigungsprozesse und Anlagentechnik angepasst wurden, rücken nun zunehmend die zu verarbeitenden Legierungen in den Fokus der Entwickler und Anwender. Das additive Fertigungsverfahren Laser Powder Bed Fusion (LPBF) bietet hier den Vorteil, aus digitalen Daten direkt funktionsverbesserte Bauteile herzustellen.

Das pulverbettbasierte additive Fertigungsverfahren LPBF haben die Wissenschaftler des Fraunhofer ILT in den letzten Jahren kontinuierlich weiterentwickelt – von einem Verfahren zur Prototypenherstellung hin zu einem Fertigungsverfahren für die industrielle Produktion komplexer Bauteile in Kleinserien. Unternehmen z. B. aus den Branchen Luft- und Raumfahrt, Turbomaschinenbau oder Medizintechnik stellen damit bereits komplexe Funktionsbauteile her. Doch ein Manko verhindert nach dem derzeitigen Stand der Technik den 3D-Druck von Einsatz- und Vergütungsstahl: Geeignete qualifizierte und zertifizierte Werkstoffe für den entsprechenden LPBF-Prozess, mit denen sich prozesssicher Bauteile ohne Bildung von Rissen und Defekten additiv fertigen lassen, stehen entweder gar nicht oder noch nicht im geforderten Maße für die industrielle Fertigung zur Verfügung.

Maßgeschneiderte Stahlwerkstoffe für den LPBF-Prozess

Doch einfach die LPBF-Prozessführung und -Anlagentechnik anzupassen, ist es nicht getan, denn bisherige Stahlwerkstoffe sind mit der Zusammensetzung ihrer Legierungen auf die Verarbeitung mit konventionellen Fertigungsverfahren wie Urformen, Umformen oder Zerspanen ausgelegt.

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Um einen neuen Stahl herzustellen setzen die Projektpartner in Add Steel auf eine iterative Legierungsentwicklung in Kombination mit einer systematischen Anpassung der LPBF-Prozessführung und -Anlagentechnik. Anschließend werden Demonstratoren für die Herstellung von neuen Komponenten und Ersatzteilen gebaut, mit denen die Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit getestet und validiert wird.

„Bei der SMS Group entstand bereits eine Anlage zum Verdüsen von geeignetem Metallpulver“, berichtet Andreas Vogelpoth, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Gruppe Laser Powder Bed Fusion und Add-Steel-Projektleiter am Fraunhofer ILT. „Das Unternehmen Deutsche Edelstahlwerke Specialty Steel stellt nun die entsprechenden Legierungen zur Verfügung, die das Fraunhofer ILT in Kürze – nach der Weiterverarbeitung zu Pulver – auf LPBF-Anlagen testet.“

Details zum Add-Steel-Projekt geben die Projektpartner auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand D51 in Halle 11 auf der Formnext 2019, die vom 19. bis zum 22. November in Frankfurt am Main stattfindet.

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